（环境工程专业论文）产絮凝剂微生物的特征及其培养条件研究.pdf

武汉理 ：人学硕士学位论文 摘要 微生物絮凝剂作为一种新型的絮凝剂，受到很多科研工作者的关注，对其 进行了大量的研究工作，并取得了一些成果，但还有很多问题亟待解决。研究 者已从土壤、活性污泥中筛选得到了很多产絮凝剂微生物，其中r h o d o c o c c u s e r y t h r o p l 捃s - 1 、b a c i l l u ss pa 一9 及a s p e r g i l l u sa 1 7 0 0 2 等皆能产生具较好絮凝活 性的微生物絮凝剂。但是，微生物絮凝剂的成本还很高，关于其絮凝机理、及 其培养条件研究还很不深入，尤其是关于其生理、毒性的研究还几乎没有。这 些都阻碍了微生物絮凝剂的实际应用。 本论文在综合分析微生物絮凝剂的成本构成基础上，以提高微生物絮凝剂 的絮凝活性及产出率为基本原则，以降低成本为基本导向，对产絮凝剂微生物 的培养条件进行了优化、对微生物絮凝剂的物理化学性质进行测试分析，并找 到了较为廉价的产絮凝剂微生物的养料。为了对产絮凝剂微生物的生理生化及 其致病性有较全面的认识，论文中对产絮凝剂微生物进行了鉴定。另外，作为 对微生物絮凝剂的絮凝活性的肯定，进行了微生物絮凝剂处理工业废水的实验 室研究。本论文的主要工作及取得的成果包括以下几个方面：( 1 ) 从微生物样 品来源中筛选出产絮凝剂微生物：从活性污泥及土壤中筛选得到具有较高絮凝 活性( 絮凝率 9 0 ) 的微生物5 株( m b 6 3 、m b 5 1 1 、m b 6 5 、m b 6 4 2 及 m b 6 1 2 ) ；( 2 ) 产絮凝剂微生物的优化培养：从筛选出的微生物中挑选具有优 良絮凝活性、较具代表性的产絮凝剂微生物m b 6 3 、m b 6 5 及m b 5 1 1 ，对其 生长繁殖及产絮凝剂的培养条件进行优化以提高其絮凝剂的絮凝活性及絮凝剂 的产率。经比较，基于m b 6 3 培养条件粗放、絮凝活性最好及性能稳定，选定 其作为进行深入研究的微生物；( 3 ) 产絮凝剂微生物的鉴定：通过m b 6 3 的近 2 0 种形态、生理生化等特征的测定分析，对m b 6 3 进行了初步鉴定。鉴定结果 表明m b 6 3 为气微菌属细菌( a e r o m i c o b i u ms p ) ；( 4 ) 微生物絮凝剂物理化学 性质研究：通过对m b 6 3 所产絮凝剂的提纯及成份分析，确定其为m b 6 3 代 谢过程中分泌的胞外高分子絮凝剂，该絮凝剂含大量的- - o h 及c o o 一基团，多 糖含量占8 8 7 ；絮凝剂的亲水性研究表明m b f 6 3 在絮凝过程中不改变胶体 的亲水性能：胶体的z e t a 电位的测定分析表明，m b f 6 3 在弱酸性水中荷负电， 在絮凝过程中可改变胶体颗粒的表面电位。由于m b f 6 3 的以上特征，推断其 絮凝机理主要为吸附架桥作用。( 5 ) m b f 6 3 处理工业废水的实验室研究：研究 表明，该微生物絮凝剂不但能用于处理s s 较多的废水，还能用于处理s s 较少 的废水( 如：可口可乐废水) 。( 6 ) m b 6 3 廉价养料的研究：通过利用白砂糖作 为m b 6 3 的碳源的研究表明，酵母膏的加入可增强m b 6 3 的生长繁殖能力， 但对其絮凝剂的絮凝活性没改进。硫酸镁可使微生物m b 6 3 絮凝活性增强。利 用甘蔗汁作为m b 6 3 养料的研究表明，m b 6 - 3 可直接利用甘蔗汁作为养料生产 具较高絮凝活性的絮凝剂。从而为m b 6 3 找到了一种较为廉价的养料，大大降 蕊汉毽| 又学颈圭学位论文 低tm b f 6 3 的成本。综上所逑本论文对产絮凝剡微生物及其培养条件避 亍了 深入的研究，为微生物絮凝剂的应用研究打下了良好的基础。 关键词：微生物絮凝剂，絮凝活性，成本，培养，微生物鉴定 絮凝孛强理 l i 璺望堡! ：叁兰堡主兰皇堡茎一 日一“一 a b s t r a c t a san e wk i n do ff l o c c u l a n t ，m i c r o b i a lf l o c c u l a n th a sa t t r a c t e d m a n vr e s e a r c h e r s a t t e n t i o na n dm u c he f f i c i e n t w o r ko i l i th a sb e e n d o n e s of a r , r e s e a r c h e r sh a v ei s o l a t e dm a n yf l o c c u l a n t - p r o d u c i n g s t r a i n s f r o ma c t i v a t e d s l u d g e a n ds o i l o ft h e s es t r a i n s ，m a l a y s u c ha s r h o d o c o c c u se r y t h r o p l i ss - 1 ，b a c i l l u ss p ，a 一9a n da s p e r g i l l u sa j 7 0 0 2 c o u l dp r o d u c ef l o c c u l a n tw i t hh i g hf l o c c u l a t i n ga c t i v i t y o n t h eo t h e r h 雒d 镪ee o s to fm i c r o b i a lf l o c c u l a n tw a sv e r yh i e , h l i t t l e w o r kh a s b e e nd o n ea b o u tt h et o x i c i t y o fm i c o b i a lf l o c c u l a n t t h ek n o w l e d g e a b o u tt h ef l o c c u l a t i n gm e c h a n i s m o fm i c r o b i a lf l o c c u l a n t w a ss t i l l s u p e r f i c i a l t h e r ea r es t i l lm a n yp r o b l e m s o nt h em i c r o b i a lf l o c c u l a n tt o b es o l v e d 。 t h i sp a p e rm a i n l yi n c l u d e ss i xp a r t s t h ef i r s tp a r tp r e s e n tt h e s c r e e n i n g o f f l o c c u l a n t - p r o d u c i n g m i c r o b ef r o mt h e m i c r o o r g a n i s m s a m p l e s ：a c t i v a t e ds l u d g ea n ds o i l t h e r e s u l to ft h ei s o l a t i o ns h o w e d t h e r ew e r em a n yk i n d so ff l o c c u l a n t p r o d u c i n gm i c r o b e se x i s t i n gi nt h e n a t u r e t h e n f i v e s t r a i n s ( m b 6 3 ，m b 6 - 5 ，m b 6 4 2 ，m b 6 1 2a n d m b 5 1 t ) w i t hh i g hf l o c c u l a t i n ga c t i v i t y ( f l o c c u l a t i o nr a t e 9 0 ) w e r e l l f 塞墨堡兰杰堂堡主望堡堡苎 c h o s e na n dd i s c u s s e d i nt h es e c o n dp a r t ，t h r e es t r a i n s ：m b 6 3 ，m b 6 5 ， m b 5 。11w e r ec h o s e na n dt h e i rc u l t u r ec o n d i t i o n s w e r e o p t i m i z e d r e s p e c t i v e l y t h ec o m p a r i s i o no ft h e c u l t u r ec o n d i t i o n so ft h et h r e e s t r a i n ss h o w e dm b 6 3w a st h em o s t r o u g h a n dm o s ts t a b l e f l o c c u l a n t - p r o d u c i n gs t r a i n t h u sm b 6 3w a s c h o s e na st h es t r a i nw h i c h d e s e r v e sf u r t h e r s t u d y i n o r d e rt od e t e r m i n et h e p o s i t i o n o ft h e f l o c c u l a n t p r o d u c i n gm i c r o o r g a n i s m i nt h e m i c r o o r g a n i cs y s t e m a n d f u r t h e ru n d e r s t a n dt h e p r o p e r t i e so ff l o c c u l a n t p r o d u c i n gm i c r o o r g a n i s m ， t h em i c r o b ew a si d e n t i f i e di nt h ef o l l o w i n gp a r t a n dt h er e s u l to ft h e i d e n t i f i c a t i o ns h o w e dm b 6 3w a sa e r o m i c o b i u m s p t h e n t h ef l o c c u l a n t w a s p u r i f i e d a n ds o m eo fi t s p h y s i c a l c h e m i c a lp r o p e r t i e s w e r e m e a s u r a t e da n da n a l y z e d i no r d e rt op r o v et h ev a l i d i t yo ft h em i c r o b i a l f l o c c u l a n t ，t h ep a p e ra l s ou s e dt h em i c r o b i a lf l o c c u l a n tt ot r e a ti n d u s t i a t w a s t e w a t e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em i c r o b i a lf l o c c u l a n tc o u l d p e r f o r mw e l lf o rs o m e k i n d so f w a s t e w a t e r c o n s i d e r i n gt h eh i g h e rc o s t o fm i c r o b i a lf l o c c u l a n t p r o d u c t i o n ，t h ep a p e r t r i e dt of i n dc h e a pn u t r i t i o n f o r f l o c c u l a n t - p r o d u c i n g m i c r o b ea n d b a g a s s e w a s p r o v e d t ob e a v a i l a b l e k e y w o d s ：m i c r o b i a l f l o c c u l a n t ，b a c t e r i u m i d e n t i f i c a t i o n ，c o s t ， f l o c c u l a t i n ga c t i v i t y ，f l o c c u l a t i n gm e c h a n i s m 武汉瑗工大学硬圭学位论文 第一章绪论 水是生命韵起源，是人类和备三物赖戬生存的物矮基礁之一，是工、监发展的 重要条件，是农业的命脉。随着经济的高速发展和人口的增长，我园的用水量 和污水排放量也在逐年增加，水处理问题目益严峻。目前，求和废水的处理方 法主要有生化、离子交换、吸附、化学氧化、电渗析和絮凝沉淀等，其中应用 最普遍，且成本较低的处理方法楚絮凝沉淀法。在该法处理废水过程中，絮凝 剂的开发选择是关键技术之。 凡是用来使分散体系中分散相产生絮状沉淀的物质都h q 絮凝剂。根摇絮凝 剡的来源，通常犍其分为人工会成絮凝剡和天然麓分子絮凝剡。其中人工合成 絮凝剂的开发及应用技术较为成熟，应用较普遍。尽管无机和有机合成商分子 絮凝测的生产技术在不断摄裹，其应熙也媚应进步，但是其使用中的不安全悭 和二次污染已引起了人们的重视和担忧。有关研究表明，老年痴呆症和目前广 泛捷蠲豹无规絮凝劐聚合氯化铝蠢关；w 薅理在应弱较多敬聚亵爝致鞍( p a m ) ，其 残留的单体是强致癌荆。因此，一种新型的水处理剂微生物絮凝剂f 在引 起久们熬关注。微生物絮凝裁不但没有传统絮凝裁戆上述鲮点，露显还矮有安 全、高效、可生物降解、不污染环境等优点。 1 。1 微生物絮凝剂的研究进展 微生耱絮凝翔( m i c r o b i a lf l o c c u l a n t ，麓称m b f ) 是耩爝凌我垒耘技术经微 生物发酵、抽取、精制从微生物域其分泌物中得到的能使其它物质凝聚沉降的 一类生耱大分子物质。微生物絮凝裁主要惫捂和糟镦生物缩脆壁掇敬耪的絮凝 剂、利用微生物代谢的胞外分泌物的絮凝剂和直接利用微生物细胞的絮凝剂。 1 1 1 高效产絮凝剂微生物 自b u t t e r f i e l d 从活性污泥中筛选到能产生絮凝剂的微生物以来，许多学蠢 纷纷着手微生物絮凝剂的研究，并已筛选得到许多产絮凝剂微生物。产絮凝剂 微生物分侮比较广泛，秘类也较多，商霉菌、酵母菌、放线麓、细菌等。是翦 报道的一照具有产絮凝剂能力的葡属可总结如下： 1 非发酵型革兰氏阴性抨菌1 1 。3 】；，氮肇胞菌撼( a z o m o n a ss p ) ；产碱枵 菌阻l c a l i g e n e s ) ：粪产碱杆菌口l c a l i g e n e sf a e c a l 括) 、协腹产碱杆菌 担l c a l i g e n e sc u p i d u sk t 2 0 1 ) 、a l c a l i g e n e sl a t u s ；摄瘸壤您。p h a s e d i ) ； 武汉理r 大学硕士学位论文 土壤杆菌属( a g r o b a c t e r i u ms p ) ；假单胞菌属( p s e u d o m o n a s s p 6 删一、p s e l l d o m o n a s s p c - 1 2 0 、p s e u d o m o n a ss p s b 8 ) ；不动细菌属 似c i n e t o b a c t e rs p ) ；动胶菌属( z o o g l o e as h - j ) ； 2 芽孢杆菌1 、41 2 1 4 、”1 ：芽孢乳杆菌( s p o r o l a c t o b a c i l l u s ) ；芽孢杆 菌( b p o l y m y x a 2 0 4 、b s u l b t i l i s3 9 6 ，b s pp y - 9 0 、bm e g a t e r i u m 、b a c i h u s s p a 一9 ) ) ： 3 发酵型革兰氏阴性菌【1 “、”】：肠产气杆菌( e n t e r o b a c t e r a e r o g e n e s ) ； 气单孢菌属( 爿e r o m o n o sg c 2 4 ) ； 4 革兰氏阳性杆菌 4 b 1 6 】：诺卡氏菌属( n o c a r d i ar e s t r i e a 、n o c a r d i a c 口l c a r r c a 、n o c a r d i ar h o d n i i 、n o c a r d i aa m a r a e ) ；棒状杆菌属( g e n e r a c o r y n e b a c t e r i u m ) ；节细菌属( a r t h r o b a c t e r s b 6 ) ； 5 真菌2 “。1 7 。1 1 ：酱油曲霉似s p e r g i l l u ss o j a ea j 7 3 6 0 、a s p e r g i l l u ss o j a e a j 7 1 8 4 、a s p e r g i l l u ss pj s - 4 2 、a s p e r g i l l u ss o j a e a j 7 0 0 2 1 、寄生曲霉 ( a s p e r g i l l u s p a r a s i t i c u s ) 、米曲霉、肉桂色曲霉；拟青霉属( p a e c i l o m y c e s s pl j ) ：短梗霉( a u r e o b a s i d i u mp u l l u l a n s ) ；暗色孢属( d e m a t i u m s p ) 5 6其它睇6 ”i ：红平红球菌属俾h o d o c o c c u se r y t h r o p l 捃s - 1 、g e n e r ar h o d o c c u s ) 、 厄氏菌属( o e r s k c o v i as p ) 、c y a n o b a c t e r i u mo s c i l l a t o r i as p 。 综上可知，现筛选到的产絮凝剂微生物都是好氧菌或兼性厌氧菌，这是由 于好氧菌生长条件容易控制，研究人员在筛选时有意识地筛选好氧微生物的结 果。在这些产絮凝剂微生物中，具有较强絮凝作用的是红平红球菌、芽孢杆菌 a 9 ( b a c i l l u ss p a 一9 、等，从以上的菌种可知，产絮凝剂微生物来源主要为：活性 污泥、旱田土壤、河湖边土壤、食品工业污水、屠宰场废水、塑料工业污水等。 1 1 2 产絮凝剂微生物的培养条件 微生物絮凝剂的产出不仅与微生物菌种的遗传性状有关，而且与培养条件 密切相关。产絮凝剂微生物的培养条件不仅关系产絮凝剂微生物的筛选效率和 絮凝剂性能的改进，而且是微生物絮凝剂能否进入工业化应用的关键因素。因 而，它引起了一些研究者的关注。下面分别就影响絮凝剂产出及微生物生长的 因素( 碳源、氮源、无机离子、ph 值、培养温度、通气量、培养时间等) 进行 探讨。 1 碳源的影响 微生物不同，产絮凝剂所需要的碳源也不同，并且生长所需的碳源办可能 不一样。寄生曲霉在蔗糖、葡萄糖和甘油作碳源时培养液的絮凝活性皆很好， 蔗糖和葡萄糖为碳源时它生长旺盛，p h 保持相对稳定；而甘油使培养液p h 上 升到70 8 ；它在果糖中生长旺盛，但絮凝活性不高；淀粉和乳糖作碳源，既不 利于它生长，又不利于产生絮凝剂；不加碳源它几乎不能生长，培养液也没絮 凝活性i l 。由此可知，产絮凝剂微生物的最佳产絮凝剂培养条件与细胞生长最 佳培养条件是有区别的。 菇汉瓒t 大学硕士学位论文 2 氮源敦影暖 产生n o c 1 的红平红球菌所需无机氮源以硫酸铵最好，有机氮源阻酵母演 出波、酪畿自、缀基酸为最佳；a s p e r g i l l u ss o j a e a j 7 0 0 2 产絮凝剂时以酵母浸液、 氨基酸类( 谷氨酸、丙氨酸) 为最佳氮源【z ”。 3 无规款及其它 综合来看，无机盐以k h 2 p 0 4 、k 2 h p 0 4 、m g s 0 4 、( n h 4 ) 2 s 0 4 、n a c l 、c a c l 2 等为主。黄民生等人在实验室中发理在培莠基中漆趣藜芦醇、二价矮憨攫著提 高l i p s 产生，而硫脲、叠氮化物、氰化物等抑制脱色和降解活性p “。 4 培养基p h 绫豹影酾 p h 主要是通过影响微生物代谢过程中电子的传递来影响其生长及絮凝剂的 产生。微生耪不润，产生絮凝齐j 酝霈发簿培葬鏊懿p h 馥也不穗，援产生n o c 一1 的最佳p h 为9 5 ；而a s p e r g i l l u ss o j a e a j 7 0 0 2 所需为8 0e ”j ；p a e c i l o m y c e ss p 1 - 1 p 拜为7 0 时效暴好澄l ；产絮凝裁最佳p 鞋僵与生长最谴p 珏傻有薅貉有蓑异1 2 7 l 。 5 培养温度的影响 产絮凝剂微生物簸佳塔养温度一般在2 0 4 0 左右，螽产生n o c l 瓣最後 温度在3 0 ，酵母a j 7 0 0 2 2 4 1 产生絮凝剂以3 0 3 4 。c 为宜。巨大芽孢杆菌i l 、 假苹菌豫g 强一l 产絮凝齐强3 0 为往。 6 充氧量的影响 氧一般作为好氧微生物的最终电子受体。不隔微生物对氧的需求状况不一 样。但就絮凝剂产出及其絮凝活性而富，通气量太大太小都会影响絮凝刹产量。 尤其在培养中尉期更黉注意适当减少通气量。过大的鼓气速率尽管对细胞增长 的影响不大，但会馒絮凝溺性大大降低【4 】。 不同的生长要素以其独特的方式作用于微生物的生长及代谢，但各簧素之 蚓办存在整交互 乍用。不管是搀到或是激活某些生物酶从恧影峻微生物的生长 和絮凝剂的产生，还是为微生物提供生长所必须的养料和能澄，需要在它们的 复合作肄l f 微生物豹产絮凝粼能力方熊绲以发撂。 值得注意的是，有学者加强了微生物利用废弃物生产絮凝剂的研究，并取 得了一些成果。翅：k u r a n e 剃用水产热工废水终为红平红臻蘩k r s - l 的鹫葬源 生产絮凝剂，再利用此培养液回收废水中可溶性骚白的方法获得了专利 2 ”。他 利髑廉徐懿滔麓作产絮凝剡微生物豹碳源熬磺究亦取褥了一定故效架1 2 。 ， 3 徽生物絮凝刘耱缀残及箕理佬牲蒺 微生物絮凝麓( m b f ) 主要疆分麓糖多糖、蛋鑫囊、绎续素、蹦a 等。为 了深化对微生物絮凝剂的认识，近年来，一始研究者加强了对絮凝剂的结构及 理纯往质鹣研究，著取得初步成祭。混合菌o e r s k o v i a 、a c i n e t o b a c t e r 、a g r o b a c t e 。 r i u m 、e n t e r o b a c t e r 所产生的絮凝剂a p r 3 是多糖，其成分为：葡萄糖、半乳糖、 琥珀酸、丙酮酸( 摩承眈为：5 6 ：l ：0 6 ：2 5 ) ，分子量至少为2 1 0 6 b a c i l l u s s p d p 1 5 2 产生的絮擞剂d p 1 5 2 是多糖，其成分为：葡萄糖、甘露糖、半乳糖、 岩藻糖( 大致摩尔眈为：8 ：4 ：2 ：1 ) ，分子萤至少为2 1 0 6 ；p a e c i l o m y c e s 产生的 武汉遴上大学硕士学位涂文 絮凝剡p f 。1 0 l 楚含鸯半乳糖骏的多糠，主要成分骞中性糖2 + 8 、氨基羲7 2 、 氨基酸3 、乙酸2 3 等，分子麓超过3 x 1 0 ；a l c a l i g e n e sc u p i d u s k t 20 1 产 生豹絮凝潮a l ，201 是一耱多糖，其糖熬成分为：蘩萄糖、半现糖、蘩糠鹱酸( 簿 尔比为：6 。34 ：5 5 5 ：1 0 ) ，分子量超过2 1 0o ；a s p e r g i l l u ss o j a e a j 7 0 0 2 产生 靛絮凝裁楚一穗蒙糖胺襄爨自溪，戏分分援表爨，其含膏蘸莓黢、半毳糖黢秘 十七种氨甚酸，并发现已糖胺部分在絮凝中起吸附作用，蛋臼质大分子起架桥 乍弼；n o c 1 能主要黢分楚蛋岛矮，劳含有较多筑承髅氨基羧p j 。出巨大芽憨 杆菌产生的b p 2 5 絮凝剂是由葡萄糖和甘露糖4 ：l 以卅1 ，6 糖苷键和a + 1 ，3 糖 营镳组成静大分子多糖 l “。宙窭蒡短梗酶产生懿糖瞧多糖大分子耘 质普鲁兰是表面带负电荷的麦芽三糖( 内禽少数麦芽四糖) 之刚由外 馁l 葡莓穗按堪+ 1 ，6 糖营键耜连构琏的聚合物疆1 i 。m b f a 9 黪主要成分 为多糖，该多糖由糖醛酸( 1 9 1 ) 、中性糖( 4 7 4 ) 、氨基糖( 2 7 4 ) 缀成，萁分子蓬为2 ，5 9 4 1 0 6 ，分子中含有一c o o l ”l 。诺卡氏菌j f 8 9 产生的絮凝剂为多糖( 6 7 5 ) 与蛋白质( 1 5 4 ) ，诺卡氏菌j f 一12 7 产生 的絮凝帮为多糖7 2 ) 与蛋自质( 1 6 9 ) t ”l 。 1 1 4 微生物絮凝剂的絮凝机理 絮凝荆的絮凝对魏是流体中的悬浮颗粒( 或胶体) ，因而从逻辑上说只要微 生穆絮凝翔吴冬使鬏粒( 豉胶俸) 脱稳流降兹健缝，就可焉子流体与颥粒( 或 胶体) 的分离。目前，对微生物絮凝剂的絮凝机理报道较多的有以下几种： l 粱橇作爱梳理这释学说议为絮凝裁大分子僭韵离子键、氢谯及范德华力 吸附胶体，通过和颗粒问的“架桥”形成一种网状三缎结构后沉淀下来。絮凝 过程吸辩等温线、电位酶铡定分轿结莱与该理论褶符，电镜照片诡证实了这一 点1 。 2 电荷中和梳理胶体颥粒的表面般带有负电荷，当带有一定正电荷的链 状生物大分子絮凝剂成其水解产物靠邋颗粒表面时，根据d l v o 理论，会产生 双电层压缩，从而减少静电斥力，使胶粒易于脱稳凝聚f 3 2 1 。 3 卷扫作用机理当微生物絮凝剂投量较大且形成小粒絮体时，可在重力作 用下迅速阀捕、卷扫水中胶粒而产生沉淀分离。这种作用基本上怒机械作用， 所嚣絮凝熟量与原水杂质含量成反比1 3 2 1 。 另外，还有人提出b u t t e r f i e l d 粘质假说、f r i e d m a n 菌体外纤维素行为学说、 离散细腿和姊展辑键之间的三维基矮模型假说、痰毒假说1 4 】等。 1 5 微生物絮凝荆的应蔺 l 高浓淡有机废永处理 在鲶理睬精废水上柱遥液时，短谯酶多糖是稀伉 于硫酸铝和p a m 絮凝剂，其最德作用p h 为2 - 4 ，具有明显的偏酸性特征，与 自身水溶液p h 接近。经矮处理后，味精废水的生物降解性优于未絮凝的原废 4 武汉骥 ：大学臻士学位论文 承1 3 3 1 。w i p al a p s i r o k u l 等列用掰段式厌氧絮凝处理工艺成功的絮凝处理了含脂 肪浓度很高的洗羊毛废水i j ”。 2 撵利汪牲污泥膨胀对于苕革到药废水生化处理过理中形成款膨胀活毂 污泥，添加n o c 1 后。其s v i 可由2 9 0 m 【g l 降至5 0 m g l ，恢复沉降能力。 3 染辩壤东款脱色黄涎生利用m b f 在最佳实验条件下对酸蠼糕蓝a 承溶 液进行脱色处理，絮凝率达8 0 f 1 3 1 。庄源益等筛选出多株对染料水样具有良好 絮凝效栗瓣蓥株p “。 4 无机物悬浮废水的处理现筛选出的产絮凝剂微生物在筛选过程中基本 上都是戬模蘩蒜羚( 或膨润) 瘥东为铡定有无絮凝翔生残及絮凝烈戆絮凝 活性的基准，因而微生物絮凝剂处理无机物悬浮废水方面的效果是毋庸鼹疑的。 剩露微生物絮凝裁m b f a 9 处理离浊渡河东，技术指标伐子p a m 等鬻蕊絮凝裁， 处理后河水浊度降至o 8 n t u i l ”。 尽管微生貔絮凝翔静磺究取得了些进展，健酲蘸闺内箱于工韭讫生产f l j 微生物絮凝剂几乎没有，即使有少数几种微生物絮凝剂用于工业化生产也因为 微雯物絮凝莉研究和开发技术酶不成熟丽使企韭举步维矮或翻闭。 1 2 课题背景意义及内容 微生物絮凝剂作为天然生物高分子絮凝剂的遵要种类，除了具有天然高分 子絮凝剂游离教、无毒、纛二次污染等优点辨，熊产生絮凝翔静徽鐾三兹荦孛类多、 生长快、筛选容易及其絮凝剂制备时间短。更为突出的是，微生物絮凝剂在絮 凝沉降的闯对逐可剥精微生耪的生纯降解功能，达到降解有梳污染裼，絮凝沉 降胶体和悬浮物。这些优点都是天然改性高分子絮凝剂不具有的，因而微生物 絮凝翔在天然离分子絮凝莉中又建最其发展前途瀚。 1 2 1 课题背景及意义 近年来，对微生物絮凝剂的研究取得了些进展，但由于研究时间较短， 仍有许多问题螓待解决，主要表现在以下几个方面：成本高，尤其是实验中制 冬微生物絮凝剡爨霉豹培莠基成分都楚徐掺缀毫豹生化试剽，羞大援模镬蠲堂 化试剂进行工业生产，其成本将非常高，这也是微生物絮凝剂难于投入大规模 实际应用的一个重要原因；虽然微生秘絮凝箭其宥高效、无毒的优点，但由于 微生物的多样性及其易变异性，飕免鸯的产絮凝刹微生物( 或獒絮凝熬) 具寿致瘸 性及毒性，因而需加强微生物的毒性研究。在以往的微生物絮凝剂的研究中， 忍乎没有鞠镌毒毪实验，产絮凝裁徽生物懿签定龟很少；荐者，缺乏对微生秘 武汉罐工大学硕士学位论文 “_ _ _ w _ _ _ _ - - _ _ - _ _ - _ _ _ - 一_ h ， 絮凝裁絮凝极邂约磷究，黠微生物絮凝裁懿应用缺乏撂导，不能从理论主耀明 其应用范围和提高微生物絮凝剂的絮凝活性的途径。 本实验室的冯道伦及况金蓉曾对产絮赫帮微生物的筛选及其微生物絮凝剂 处理工业废水的应用镘过些砑究工 乍。本论文在其磺究基础上，根搌当蘸微 生物絮凝剂的研究特点进行了大量研究。 2 ，2 本课题的职究内套 凝掇当蓠徽生筏絮凝裁弱臻究理状，确定以下咒令方瑟佟为本论文翡礤究 内容： l 高岭土模拟废水的特性研究； 2 产絮凝刹微生物的分离筛选； 3 产絮凝剂微生物培养条件的优化研究： 4 产絮凝裁徽生物的鍪定； 5 微生物絮凝剂物理化学性质的研究； 6 微生物絮凝剂处理工业废水的实验室研究； 7 产絮凝蠢g 微生物壤徐券秘豹霹究。 6 武汉瑗j l ：大学硬士学位论文 2 1 1 富檠培养基 第2 章实验材料及设备 2 1 实验材料 培养艇为微生物的生长提供营养。选择性培养基的使用能使适应这培养 基懿微生物大量生长，磊黎毽懿微生物可能死亡或海汰。现将本论文中精妥豹 富集培养基列于表2 - 1 。 袭2 一l 甯集培养基列表”“3 序号培养纂组成( 1 0 0 0 m 1 ) l 嚣 箨莺耱2 0 9 、酵母浸舞4 9 、磷酸二氢锣4 9 、秘始p h = 8 2 # 磷酸钾岵、酵母浸膏0 5 9 、果糖1 0 9 、初始p h = 85 3 9牛肉膏3 g 、蛋白胨1 0 9 、氯化钠5 9 、初始p h = 7 5 4 ：g 酵母澄膏2 0 9 、磷酸二氢钾l 昏七水硫酸镁lg 、初始p h = 6 0 可溶性淀粉2 0 9 、磷酸二氢镩0 。5 9 、硝酸铺l g 、七承硫酸镁0 5 9 、筑佬铮0 5 9 、 5 ：g 初始p h = 7 0 蔗糖4 0 9 、硝酸钠0 5g 、酵母浸臀2g 、七水硫酸镁0 2 5 9 、磷酸二氢钾0 5 9 、 6 抖 耪始p h = 7 5 2 1 2 徽生物来源 l 混合污泥：武汉水质净化厂二沉池活性污泥，污泥呈深褐色，固体状。取 样黪，弃其表露于燥污淀，取靠近表露豹较浸润污泥。 2 排水阁底泥：武汉某魔芋制晶有限公司排水阁污泥，呈囱色，固体状，取 较湿润的污泥。 武汉壤i 大学碛士学位论文 2 。1 3 实验所用主要藐剖 表2 2 中为本论文的实验过程所用化学药剂。 表2 - 2 实验药晶列表 药黼名称化学式晶级 生产厂家 酵母膏 生讫试铡l 豪樊薅璧生魏技术责任有陵公司 i 葡萄糖c 6 h 1 2 0 6 h 2 0分析纯中弱溯中地质实验研究辨 磷酸氢铞k h 2 p 0 4分析纯河南焦作市化 ：= 三厂 乙醇 c h 3 c h 2 0 h 分析纯武汉市江北化学试剂厂 硫酸镊 a 9 2 s 虢 分析鳍中国医药( 集团) 上海化学试谢公西 藏壤 c ”h z z o l l 分板缝天津枣大菠化学仪器供癍棼 磷酸氢二钾k 2 h p 0 4分析纯南京化学试剂厂 氯化钙c a c l 2分析纯上海攀贤率城试剂厂 可溶性淀粉 ( c 6 h 】0 0 5 ) n 分析纯洛阳市化学试剂厂 硫酸h 2 s 0 4分析鲢武汉静洪由串南纯， 试翔有限公司 蛋巍胨 生化试热武汉亩天羲生化试裁有融公司 中国开封东火化工( 集嘲) 有限公司 盐酸 差c 1分享厅纯 试剂厂 牛爨浸毒象纯试裁中国医药( 集函) 上海纯学试裁公司 硝酸钾k n 0 3分辑纯河南焦痒蠢化工王厂 硫酸镁m g s 0 4 ，h o分析纯天津市化学试剂厂 液体石蜡化学纯郑卅i 市化学试剂三厂 重铬酸钾k 2 c r 2 0 7仇级纯上海金联精细亿f ：厂 硫酸汞h g s 毡努拆缝上海纯学试帮采购供应辩 d 一莱糖c 6 h 1 2 0 6分辑纯土海谈裁二厂 h p a m 分子量： 聚嚣烯酰胺分析缝上海剖新纯学试翔厂 5 4 5 万 蒹 乇镝n a c l分析纯j e 索亿工厂 嚣 武汉理工人学硕十学位论文 势品名称纯学式 晶缀 生产厂家 硝酸铺n a n 0 3 分析纯天津市亿学试剂三厂 结晶紫 c 2 5 h 3 0 n z c | 9 h 2 0 分析纯天津市天达净化材料精细化i ：厂 二二苯胺( c 6 h s ) 2 n h分析纯湘中化学试剂开发公词 苯扎溴胺溶 化学魄南舀扬子潲黼药厂 液 3 过氧化氢h 2 0 2分析纯广婀西陇化l 厂 无承氨基笨 磺酸 c 6 h 4 ( n h 2 ) ( s 0 3 h )分析纯 天津市河北隈红星化l ：包装厂 单4 。酸c 7 6 h s 2 0 4 6分桥缝天津市丈茂化学仪器供赢总辩 乙酸c h l c o o h化学纯中南化工试剂有限公闭 二甲苯 c 6 h 4 ( c h 3 ) 2 化学纯邯郸四发生物医学技术有限公司 n ，n 一二甲基 对苯二胺盐 c 6 h 4 n h 2 n ( c 3 ) 2 分析纯天津市试剂研究所 2 h c l 酸盐 需红花红t c ：o h t g c i n 4 生物染色荆天津石英钟厂霸洲分厂 n 一接胺 c i o h t n h 2 分析纯天津市光复精细化i ：研究所 甲蒸红 c l s h l s 0 2 n s 分析纯上海0 0 化1 ：厂 2 2 实验设备 本论文在实验过程中用鲻韵实验设镰及仪器见表2 3 。 表2 - 3 实验设备清单 l仪器设铸名称型号生产厂家用途 电热干燥箱k w y 一5 0 0 1武汉市武昌实验仪器厂 烘干、干热灭菌 i 冰箱 b c d 一2 3 0 伊莱克嫩公司培葬基、菌种嫘藏 9 武汉理工大学硕十学位论文 仪器设备名称型号生产厂家用途 透射屯镜 h 一6 0 0 t e m日本h i t a c h i 公司 观察细菌及其絮凝剂 表面电位粒径测定 b d l b 上海上立检测仪器厂测量z e t a 电位 仪 激光粒度分析仪 g s l l o l b 丹东设备厂测鼍粒径 哈尔滨市东联电子技术 生化培养箱h p s 一2 8 0 菌种培育及保存 开发有碳公司 润湿角测定仪 j j c l 长春市第五光学仪器厂测量接触角 人联装搅拌器 s c 9 5 6 湖北省潜江市梅宇仪器 溶液搅拌 电热恒温水浴锅w k 一1 2 0武汉琴台医疗仪器厂 恒温、加热 玻璃仪器气流烘干 郑州长城科：亡贸有限公 器 星火版b 型 玻璃仪器烘干 司 舣层空气恒温振荡哈尔滨市东明医疗仪器 h z o c 细菌培养 器r 1 净化t 作台s w - c j 2 f苏净集团安泰公司 接种 上海精密科学仪器有限 可见光分光光度计 7 2 l 测量溶液光密度 公司分析仪器厂 酸度计 8 1 8 美国奥立龙公司测量溶液p h 值 武汉市江汉区鸿雁医疗 压力蒸汽消毒器手提式 湿热灭菌 器械厂 浙江临海市精i ：真空设抽真空干燥微生物絮 旋片式真空泵2 x z z 备厂 凝剂 电子天平b s 2 i 0 s 德国塞多利斯公司称样 生物显微镜y s 2 日本尼康公司 观察细菌 c o d 消解装置x j i 广东省环境保护仪器厂测量c o d 磁力加热搅拌机7 8 1 型 杭州仪表电机厂 配制溶液 1 0 武汉理工人学硕士学位论文 第3 章微生物絮凝剂研究中的几个基本问题 3 1 微生物絮凝剂研制过程中的价值取向 3 1 1 从企业的作业链看产品的成本构成 所谓成本是指特定的会计主体为了达到一定的目的而发生的可以用货币计 量的代价。成本计算方法有多种。作业成本法由于其突破了传统方法的一些局 限性而得到重视和普遍应用。企业的作业链如图3 1 所示： 研究与开发一设计一生产销售一配送一售后服务 图3 1 企业的作业链 价值链与作业链紧密关联。作业链的形成过程就是价值链的形成过程。按 作业成本的原理，产品消耗作业，作业消耗资源，一项作业转移到另一项作业 的过程，同时也伴随着价值量的转移，最终产品是全部价值量的集合，同时也 是全部作业的价值集合。由作业链可知，在作业链中，从研究与开发到设计， 生产销售，配送，最后到售后服务，各项作业紧密相连，相互影响。研究与开 发是其后各项作业的基础，成功的研究与开发可大大提高设计、生产销售、配 送和售后服务的效率和质量。相反，如研究与开发不考虑在设计、生产销售、 配送及售后服务等作业中的效率及质量，则会导致研究和开发无法进入设计和 生产环节，严重时会导致人力物力资金的大量浪费，甚至导致企业破产。 31 2 微生物絮凝剂的研究开发对微生物絮凝剂成本影响 研究开发是企业作业链中最为重要的环节。它可通过以下方式对产品的成 本产生影响： 武汉璞王太学硕士学位论文 l 直接影响即通过产熬豹研究和开发成本影响产品的成本。在整令l 乍业链 中，研究和丌发成本是产品成本较重要的组成部分。研究和开发成本主要包括： 研究衽开发者的工资、磺究和开发静设备费鬻、羲薛究翻开发抟耪籽成本及磅究 和开发过程中的测试费用等。一般情况下，研究和开发的周期越长，则研究和 开发的投入就越多。在微生物絮凝剂的研究和开发过程中，由于现在国内用于 工数优璺三产数微生按絮凝裁缀少，大帮分关子微生物絮凝裁蕊工馋仅在实验囊 中进行。可以说，我国在微生物絮凝剂的研发方丽还处在初期阶段。因而我圈 现阶段微生物絮凝剂研究和开发成本褶对较高。 2 间接影魄即通过a 。硬究稠开发如的产品质量；b 产品2 达到的生产规 模；c 产晶的结构、夔量等物理化学性质；d 产品的市场需求状况；e 产品生 产的原榜糈、动力等成本方露豹竞争力；f 产品的二次污染性等彩稿产赭静蔽 本。近几十年，掇然我国在微生物絮凝剡方面做了大量工作，但真延达到工业化 生产规模的微生物絮凝剂为数不多，这主要是问接影响的结果。比如现_ 丌发出 豹大部分产絮凝裁微生物壤莠条件不够粗鼓、性戆不稳定、要求粒尘长条件严 格，导致这些微生物絮凝剂在工业化生产中对设备、养料、管理水平等要求高， 从而使设计、生产等的费用很高。 3 1 3 微生物絮凝剂的研究与开发的价值取向 从研究与开发在产品作业链中的作用来看，微生物絮凝荆研究和开发过程 不仅通过研究和开发的成本来影响产鼯成本，同时也通过研究和开发产品过程 中静价僮敬自影瘸产潞俸艟链审惹续各俸数貔效率及成本。般u 说，研究藕 开发应该力求用最少的研究和开发成本开发出“价廉物美”的产1 5 矗。研究和开 发微生物絮凝剂过程中的价值取向是不仅要求尽快以最小的投入研究出较高絮 凝瀵洼豹微生物絮凝潮，还嚣要在磅舞秘开发中尽量获褥县每以下特点魏蘩凝 剂： l 产絮凝帮微生物培养条件糕放、生长快、产量高，产絮凝莉的性能稳定并 且熊剥用廉馀莠料进季亍微生物絮凝剂的生产； 2 微生物絮凝剂的絮凝活性商、用量少、易分离提纯、物理化学性质稳定、 使予运输帮储存； 3 微生物或絮凝剂无毒、无致病性、无二次污染或二次污染小。 1 2 武汉理工大学硕十学位论文 3 2 模拟废水的特性研究 3 2 1 高岭土的晶体结构与表面电性。7 1 高岭土是一种以高岭土族粘土矿物为主的粘土或粘土岩。本实验所用高岭 土为上海试一化学试剂有限公司生产的，其高岭土含量在9 6 以上。高岭土的 化学组成为a 1 2 s i 2 0 5 ( o h ) 2 或2 s i 0 2 a 1 2 0 3 2 h 2 0 ，为含水铝硅酸盐，高岭土中 的水以羟基的形式存在。高岭土为层状结构硅酸盐矿物，它的结构单元层属双 层型，即一个 s i 0 4 四面体层与一个【a 1 0 2 ( 0 h ) 4 1 八面体层连结组成单元层( 通 常称为高岭土层) 。结构单元层之间，是由 s i 0 4 】四面体层上的氧，和相邻结构 单元层中f a l 0 2 ( o h ) 4 ) 面体层上的氢氧，通过氢键结合在一起。当高岭土的晶 体断裂时，主要产生两类性质不同的晶面：( 0 0 1 )